Materiales cerámicos, que poseen excelentes propiedades como alta dureza, alta resistencia a la abrasión y alta resistencia a la corrosión, pero su baja conductividad eléctrica y soldabilidad limitan su aplicación. La metalización es un proceso de recubrimiento de metal sobre la superficie de la cerámica, lo que puede mejorar la conductividad y la soldabilidad de la cerámica, ampliando así su gama de aplicaciones. Tras la metalización, la cerámica presenta alta conductividad térmica, aislamiento, resistencia al calor, resistencia y coeficiente de expansión térmica, lo que se adecua al chip y gradualmente se ha convertido en el sustrato de encapsulado ideal para la nueva generación de circuitos integrados, así como para módulos electrónicos de potencia.
Los materiales comunes para sustratos cerámicos que se pueden metalizar incluyen Al₂O₃, SiC, AlN y Si₃N₃.
1. Metalización de Película Gruesa
La metalización de película gruesa consiste en aplicar una pasta metálica sobre la superficie cerámica mediante serigrafía, que posteriormente, tras un secado a alta temperatura y un tratamiento térmico, forma un sustrato cerámico metalizado. La ventaja de esta tecnología reside en su simplicidad y rentabilidad. La desventaja es que el rendimiento eléctrico de la línea conductora es deficiente, por lo que solo se puede utilizar para dispositivos electrónicos con requisitos de menor potencia y tamaño.
2. Cobre de Unión Directa
DBC (Cobre de Unión Directa, DBC) es una lámina de cobre (con un espesor superior a 0,1 mm) que se adhiere directamente a la superficie del sustrato cerámico de Al₂O₃, en un rango de protección frente al N₂ y una temperatura de 1065 ℃ a 1083 ℃. El cobre puro en estado fundido no necesita humectar el Al₂O₃, sino que necesita incorporar oxígeno durante la reacción. El líquido eutéctico Cu-Cu₂O generado a alta temperatura presenta una buena humectabilidad sobre el Al₂O₃. Mediante la generación de CuAlO₂ como capa de transición, se puede colocar directamente la lámina de cobre sobre el sustrato cerámico de Al₂O₃.
3. Metalización de Película Delgada
La metalización de película delgada se lleva a cabo en condiciones de alto vacío mediante métodos físicos de ionización de iones en la superficie del material sólido. Posteriormente, se depone la película a baja presión mediante gas en la superficie del sustrato cerámico. Esta tecnología, conocida como deposición física de vapor (PVD), incluye principalmente el recubrimiento por pulverización catódica magnetrónica (Phuttering), que deposita una fina capa de Cu como capa de siembra en la superficie cerámica para el posterior proceso de recubrimiento. Posteriormente, se realiza un recubrimiento electrolítico para espesar (proteger) el Cu de siembra. Posteriormente, mediante la película, la exposición, el revelado y otros procesos para completar la transferencia de gráficos, se realiza el recubrimiento para que la capa de Cu alcance el espesor requerido y, finalmente, mediante el proceso de grabado de la película para completar la producción de líneas conductoras.
Este sustrato cerámico, que utiliza el proceso de película delgada, ha demostrado una gran competitividad en el encapsulado de LED de potencia en los últimos años.
En resumen, la metalización cerámica puede garantizar que los materiales cerámicos posean la conductividad eléctrica y térmica del metal, ampliando así sus aplicaciones, incluyendo la electrónica, los sensores automotrices, los dispositivos ópticos, los dispositivos médicos y la industria aeroespacial, entre otros.
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